台风及暴雨对电网故障率的时空影响

分析了台风及暴雨影响电力设备故障率的途径;指出停电防御系统为此应拓展采集的数据,包括宏观的天气预报信息及就地的气象数据;提出上述自然灾害中的电网故障率时空预警框架。根据气象信息,结合环境信息及地形地貌信息,预测台风及暴雨的时空演变趋势,并按地理特征修正,在线预报恶劣气象直接或通过山洪、滑坡和泥石流等次生灾害造成输电线断线、倒塔、闪络等故障率的改变。通过自然灾害与电力系统稳定分析模块的接口,将在线安全分析由针对不变的预想故障集改进为跟踪灾害动态修正的预想故障集,使停电防御系统对台风及暴雨灾害具备一定的预警及决策支持能力。     

电网雷击故障概率的时空在线预警

分析雷电的实时演化过程对电力设备故障概率的影响途径,理清需要采集的信息,提出电网的雷击故障概率时空变化的预警算法。先根据当前时段的雷电信息,划分雷电分区;再与上一时段的分区相关联,并据此预报未来时段雷电概率在地域上的演变趋势。实现与电力系统安全稳定分析功能的一体化,用时空分布的预报概率代替传统使用的年平均雷击故障率,在线修改安全稳定性分析软件模块中的预想故障表,使概率大的潜在故障得到及时的详细分析。在停电防御系统的实际工程应用中加入了对雷暴灾害的自适应能力,提高了预警水平。     

自适应外部环境的电网安全稳定智能防御系统应用

基于江西自适应外部环境的电网智能防御系统实际运行,结合实际调度运行的案例阐述了智能防御系统的作用。系统实现了电网拓扑关系、地理信息、自然环境信息、电网运行状态信息的多时间尺度多维一体可视化展示。基于灾害机理,系统实现了自然环境引发设备故障的概率量化评估和自适应预想故障集调整。结合雷电、山火实例介绍了考虑自然灾害信息的电网安全预警与辅助决策和相继故障风险评估等功能。最后,介绍了离线研究子系统在编制短、长期调度预案方面的积极作用。     

基于态势感知的电网台风预警防御框架研究综述

鉴于态势感知在电力系统的应用和发展,对基于态势感知技术的电网台风预警防御框架进行研究,以应对近年来频发的台风灾害。基于态势感知的3个阶段对台风预警防御框架的主要研究内容和关键技术进行归纳。在态势要素采集环节对台风预警防御系统需采集的信息进行了拓展和总结。基于所获取的数据,在态势理解环节对电力设备的静态故障率和电网的韧性进行实时评估,以实时感知电网的运行状态。在未来态势预测环节,在预测和修正台风的路径及风速的基础上,对台风灾害下电网的运行风险评估方法进行归纳分析,包括单个故障、群发性故障和连锁故障的风险预测。最后,总结了基于态势感知的电网台风预警防御的整体框架,并对台风预警防御框架的未来发展方向进行展望。     

停电防御框架向自然灾害预警的拓展

近年来频发的极端自然灾害充分反映了将停电防御框架向自然灾害预警延伸的必要性。归纳各类自然灾害对电力系统运行可靠性的影响;分析其引发电力系统设备故障的途径;建立各有关环节的数学模型;提炼灾害预警所需要的环境信息。将停电防御系统的信息采集范围拓广到宏观与微观的气象信息与地质信息;根据外部背景信息、实时的运行工况与环境信息,在线估算各类自然灾害对电力设备故障率影响的时空分布;用在线修正的时空概率模型代替离线固定的年均概率模型;在线调整稳定性和充裕性分析中的预想故障表,使风险越大的潜在故障得到越高的关注度;根据灾变演化机理,动态评估电力系统可靠性的风险,实现早期预警;进而使决策支持功能具有对自然灾害的自适应能力。     

基于层次分析法的输电线路防山火预警评估模型

山火灾害是威胁电网安全稳定运行的重要因素之一。为了有效地预防山火灾害,提出了基于层次分析法的输电线路防山火预警评估模型。以输电线路历史故障、实时监测数据和气象预报信息三个方面风险因子,构建层次结构,结合贵州电网运维数据及专家经验,构造判断矩阵,进行可行性判断,并得到各因子相对权值及整体权值,结合专家系统给出的扣分表,计算实际扣分值,从而对输电线路山火风险进行评估,并给出了防治山火跳闸事故的建议措施,提高了山火防治效率和电网安全稳定性。     

冰灾对输电线故障率影响的时空评估

将冰灾造成停电灾难的问题解耦为:从冰雪到冻雨,从冻雨到覆冰,从覆冰到电网故障,从相继故障到大停电的过程。冻雨影响输电线故障率的途径涉及冻雨形成的气象规律;线路覆冰的热学规律;断线倒塔的力学规律。归纳在线评估冻雨风险所需信息,根据气象预报信息和微地形信息计算输电线覆冰厚度,根据线路实测信息在线评估输电线故障率的变化,修改安全分析软件所依据的预想事故集。根据潮流转移的电气规律及系统崩溃的动力学规律,建立冰灾停电风险的早期预警模型。     

山火灾害下输电系统的弹性评估方法及其提升措施

弹性能反映电力系统应对极端灾害的抵御能力和恢复能力。输电系统作为电力系统中的重要组成部分,在小概率-高损失的山火灾害事件中,往往会发生大面积停电事故。该文提出一种考虑山火灾害全过程的输电系统弹性评估框架。首先定量分析极端山火灾害对输电线路故障率的影响,建立火点位置与线路故障率之间的数学关系,并利用系统信息熵获取典型故障场景以描述山火灾害可能导致的故障规模;其次,结合故障元件的地理位置、检修人员调度资源和修复时间等因素,构建以最小化山火灾害下负荷削减量为目标的输电系统恢复模型,提出考虑灾害全过程的输电系统弹性评估方法;最后,以IEEE RTS-79节点输电系统为例,验证了所提模型和弹性评估方法的有效性。算例结果表明,该评估方法可有效、全面地衡量各因素对输电系统弹性提升性能的影响。此外,定量分析了3种典型弹性提升技术措施的效果,为电力部门应对极端山火灾害制定防御及恢复策略提供了可量化的参考依据。     

输电线路差异化防山火技术与策略

针对输电线路山火灾害点多面广、引发故障影响因素多、对电网的安全稳定运行构成严重威胁的难题,分析了人为用火习俗、气象条件、植被类型等因素对山火分布的作用,阐述了地形参数、线路本体参数和山火形态等因素对输电线路山火跳闸的影响,分析了输电线路山火灾害脆弱性的差异。在此基础上,结合输电线路山火跳闸恢复时间,提出了1种定量化、精细化的输电线路山火灾害风险指标及计算方法。然后,从输电线路山火灾害防御与处置这2个方面分析了输电线路防山火措施的有效性与的适应性。研究结果表明:开展的逐基杆塔线路区段的输电线路山火灾害风险计算,揭示了输电线路山火跳闸风险差异特征;以某省电网1条±500 k V电压等级的直流输电线路为实例计算分析的输电线路1 300号—1 577号线路区段的山火跳闸风险,充分反映了输电线路山火灾害的分布规律及线路山火灾害的容灾抗灾能力;对计算得到的4个重点防山火线路区段采取了线下植被置换、配置灭火装备、安装分布式山火监测装置等有针对性的防治措施,验证了所提差异化防山火风险评价方法和指标的适用性和优势。所开展的输电线路差异化防山火技术研究,可为线路设计、运行维护等提供"有的放矢"的精细化信息指导。     

自然灾害下电网运行风险控制策略探讨

停电防御框架向自然灾害预警延伸已成为广泛共识。自然灾害演化的时空分布特征及其诱发电网故障的不确定性,迫切需要将基于确定性准则的安全稳定分析向电网运行风险评估拓展,将基于电力系统安全稳定控制技术导则确定性场景的三道防线控制向基于动态故障场景的风险控制延伸。针对自然灾害下电网运行风险如何在线防御的问题,总结了当前自然灾害下电网输电元件故障概率特征及其评估技术以及自然灾害下安全防御的困局与应对现状。分析了包括设备保护在内的电网安全稳定各道防线的风险控制代价特征。提出了适应灾害下概率及损失变化特征的风险控制策略。该策略既可实现预防控制与紧急控制间防御门槛的自动设置,又可获得降低电网实际运行风险的在线预防控制优化措施。     

500 kV输电线路故障时空特性分析

随着电力系统通信自动化技术的发展,各种信息采集系统得到广泛应用,这为分析电网故障的时空特性提供了有利条件。以H省电网500 kV输电网为例,探讨了5年间500 kV输电线路故障在较长时间段上的行为特性。首先在输电线路故障时间序列层面上,统计分析输电线路故障发生的时间（单位：天）与同一时间点故障累计频次和累计概率之间的相互关系,采用Kolmogorov-Smirnov（K-S）法检验其分布的正态性,并根据R/S时序分析法计算出H省电网500 kV输电网5年间输电线路故障基于时序的Hurst指数,从而判断其在时间序列上具有长程相关性。然后,在空间层面上,统计分析5年期间H省电网每条500 kV输电线路故障次数与其发生频次和累计概率的关系,得出输电线路故障在空间上符合幂律分布特征。研究电网故障的时空分布特性为电网的风险管理和风险预测提供了辅助决策的依据。     

基于山火时空特征的林区输电通道风险评估

穿过林区的供电线路所处地理环境复杂,输电通道山火灾害频发。为研究山火条件下林区输电通道风险评估问题,对四川省凉山州地区某重要负荷的两条输电通道所经过的多个地区的气象数据按时间顺序进行统计。利用森林火险气象等级计算山火发生概率,利用长空气间隙击穿理论计算山火条件下输电线路故障概率,进而建立了具有时空分布特征的山火条件下输电通道风险评估模型,并用算例验证了所提方法的有效性。还对一条输电通道故障,潮流转移至另一条输电通道后的线路运行情况进行了分析,并根据结果提出了相应的降风险措施。     

适用于柔性直流互联交流系统的无电压方向元件判据

背靠背柔性环网控制装置的应用使配电网由单端电源供电的辐射状网络变为多端电源供电网络,三段式电流保护无法判断故障方向。为了既保证配电网保护动作可靠性又保留三段式电流保护,需要为保护安装方向元件。文中通过研究背靠背柔性环网控制装置接入的交流配电网发生不同位置相间故障时序电流间的相位规律,提出了基于流过保护的负序电流和同一母线上无源支路正序电流间相位关系的故障方向判别元件,并给出了正反方向故障时方向元件的动作区间。该方向元件适用于由传统电源、采用负序电流抑制的柔性环网控制装置或分布式电源构成的且母线含无源支路的多端供电网络。该元件受过渡电阻影响小,无需安装电压互感器,在三相对称故障时仍可保证保护的正确动作,不存在传统功率方向元件出口三相故障时的死区问题。经PSCAD仿真验证了该方向元件在系统不同位置发生各种相间故障时的正确性和有效性。     

一种基于多分类概率输出的变压器故障诊断方法

多分类概率输出方法可用于变压器故障诊断,其分类效果较好并能提供概率信息。针对现有基于支持向量机(SVM)的诊断方法在特征不明显条件下有误分类的情况,提出了一种基于多分类概率输出的变压器故障诊断方法。此方法引入Sigmoid函数将SVM决策函数输出映射为二分类概率输出,然后综合多个二分类概率输出结果,求解一个凸二次规划问题实现多分类概率输出。此方法可以得到发生不同类型故障的可能性,即故障类别概率,进一步分析后给出诊断结论。算例分析表明,此方法在继承了SVM故障诊断方法优点的基础上,提供了概率信息,对现有SVM方法误诊断样本也能给出可能存在的故障,弥补了现有SVM方法在变压器故障特征不明显条件下的不足。     

电流差动保护在逆变型新能源场站送出线路中的适应性分析

新能源电源通过电力电子装置并网,其故障特性受控制策略影响而发生根本性变化,传统继电保护原理存在适应性问题。送出线路作为新能源场站电力外送的关键通道,其主保护电流差动保护能否正确动作对于新能源高效利用和系统安全运行十分重要。针对逆变型新能源场站,推导了逆变型新能源电源短路电流表达式,分析了各相短路电流之间的相位关系及其影响因素。在此基础上,分析了送出线路发生不对称短路时电流差动保护在并网系统为强、弱两种情形下的动作性能。研究结果表明,送出线路发生两相短路时,差动保护在并网系统为弱系统时存在拒动的风险、为强系统时灵敏性下降但不会拒动;送出线路发生接地故障时,零序电流的存在使得差动保护在并网系统为强、弱系统时均能可靠灵敏动作。实时数字仿真器(RTDS)试验验证了理论分析。研究结论为逆变型新能源场站送出线路主保护配置提供了参考。     

输电线路山火监测预警系统的研究及应用

研发了输电线路山火监测预警系统并成功应用于多省市跨区电网线路。介绍了火点监测基本原理,给出了基于卫星遥感的输电线路山火监测与预警系统硬件和软件架构及其组成功能。为提高火点判识准确度,提出一种火点判断阈值自适应算法;提出了火点与杆塔距离优化算法,减少杆塔距离计算量。研制的输电线路山火监测与预警系统成功应用于多省市跨区电网。应用结果表明,研制的输电线路大范围山火监测系统能准确有效地监测输电线路山火并及时发布预警信息,有利于提高电网抵御山火灾害能力。     

基于线路电流二阶导数的中压直流系统故障识别方法

直流线路故障的快速有效识别是基于电压源型换流器的中压直流配电系统发展的关键技术之一。直流线路故障电流上升十分迅速,系统中电力电子器件过载能力小。因此以串入直流线路限流电感的中压直流配电系统为基础,分析直流系统的故障特性,在此基础上提出基于线路电流二阶导数的中压直流配电系统直流线路故障快速识别方案。该方案能够实现故障侧、故障类型及故障线路极性的快速识别,进而实现对线路的保护。最后基于Matlab验证了所提故障检测方案的有效性,并与基于线路电流一阶导数的故障检测方案进行了对比。仿真结果表明所提方法在故障电阻、故障距离及负载发生变化的情况下仍可实现直流线路故障的快速准确检测,且相比基于线路电流一阶导数的直流线路故障检测方案具有更好的选择性。     

逆变型电源对距离保护的影响机理分析

新能源电源接入使得电网故障特征发生根本性改变,传统继电保护应用于新能源接入系统时存在适应性问题。针对工频量距离保护在逆变型新能源场站送出线路中的适应性问题,推导了典型低穿控制策略下逆变型电源短路电流表达式,分析了短路电流幅值和相角特性及其影响因素。在此基础上,分析了送出线路发生各类短路故障时两侧工频量距离保护在不同阻抗继电器接线方式下的动作性能。研究结果表明,逆变型电源短路电流幅值受限和相角受控使得场站侧工频量距离保护容易出现不正确动作、系统侧工频量距离保护能更加可靠地动作,该结论不受阻抗继电器接线方式影响。基于RTDS的仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于高压直流输电线路分布参数模型的模态电流差动保护算法

高压直流输电传输线分布电容电流会造成电流差动保护无法立即区分区内外故障,为避免保护误动作需要增加保护时间延迟和阈值,大大降低了电流差动保护的动作速度和灵敏性。为了使电流差动保护不受传输线分布电容电流影响,在基于传输线分布参数模型上考虑了正负极线路耦合特性,提出了适用于高压直流输电线路的模态电流差动保护算法。该算法以共模补偿电流作为故障识别依据,以差模补偿电流作为故障选极依据。该模态电流差动保护算法在故障期间可以进行故障选区和故障判极,且灵敏度高、动作速度快。最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该保护方法的可行性和有效性。